一种用于输出特定原子光学频率参考激光的独立装置的制作方法

该发明涉及激光，特别是激光频率的调控。

背景技术：

1、原子光学频率参考激光在超冷原子的量子系统中扮演着至关重要的角色。一个理想的原子光学频率参考激光应当能够提供频率稳定的激光光源，并且与主系统之间无需进行额外的交互。这使得原子光学频率参考激光非常适合作为一个独立的模块，物理和技术上都与主系统保持隔离。但是，开发原子光学频率参考激光面临着多种技术挑战，这些挑战包括机械与热设计、如何集成可靠的激光光源、光学工程中的光谱学单元以及开发适当的低噪声驱动电子设备。现行的原子光学频率参考激光系统产生的10mhz输出信号频率对于超冷原子量子系统来说太低，因此不能直接应用。鉴于上述的问题，有必要开发一种新型的原子光学频率参考激光，这种激光可以用于超冷原子量子系统，能够精确并稳定地控制参考激光的频率，并且完全独立于主系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于输出特定原子光学频率参考激光的独立装置。该装置能够精确并稳定地控制参考激光的频率，并且完全独立于主系统。为实现上述目的本发明提供一种用于输出特定原子光学频率参考激光的独立装置，包括光学模块、温度控制器、低噪声电流驱动器、数字信号处理器。所述光学模块如图1所示，包含无多普勒效应光谱仪、分布式反馈激光器、光纤耦合器、热敏电阻和热电制冷器。其中无多普勒效应光谱仪测量分布式反馈激光器输出的激光，生成电信号；分布式反馈激光器接收输入电流，输出对应频率激光；光纤耦合器通过光纤输出激光；热敏电阻测量激光器温度输出电信号；热电制冷器用于调整分布式激光器温度。所述温度控制器为商用成品温度控制电路板。所述温度控制器接收来自热敏电阻的电信号，输出控制热电制冷器的电信号。所述温度控制器可以简单理解为pid控制器，来自热敏电阻的电信号与设定值比较，通过pid运算，输出控制信号至温度控制器。所述数字信号处理器，基于可编程逻辑阵列，用于监控温度控制器状态、生成并输出调制调制、输出设定电压、解调并处理来自无多普勒效应光谱仪的电信号，由此生成并输出电流控制信号。所述低噪声电流驱动器基于libbrecht-hall设计，用于接收设置电压、电流控制信号和调制电流，输出相应电流至分布式激光器。各模块的连接如附图所示。根据上述技术方案，操作方法如下：按下开关，温度控制器开始工作。当激光器温度达到并稳定在指定温度后，数字信号处理器和电流驱动器开始工作。数字信号处理器同时输出三种信号：设定电压，调制电流和控制电流信号。调制电流使激光频率呈现相同频率的正弦波波动，因此无多普勒效应光谱仪输出的电信号也呈现相同频率的正弦波波动。数字信号处理器解调无多普勒效应光谱仪输出的电信号，可以得到原子吸收光谱在该频率的斜率。因为激光频率在指定波峰时，斜率为0,解调信号天然适合作为误差信号。经过pid运算后，解调信号成为控制电流信号，最终通过电流驱动器稳定激光频率。以下是本发明的有益效果：1、完整集成与独立性：本发明提供了一个完全独立的装置，可以直接输出特定的原子光学频率参考激光。这种设计减少了与其他系统的交互，增强了装置的可靠性和稳定性。2、先进的数字信号处理：基于可编程逻辑阵列的数字信号处理器不仅监控了温度控制器的状态，还提供了调制、解调和其他必要的信号处理功能，增强了设备的多功能性和自适应性。3、高效的低噪声驱动设计：利用libbrecht-hall设计的低噪声电流驱动器，为分布式激光器提供了高效而稳定的电流驱动，确保了输出激光的连续性和质量。4、简单的操作流程：只需按下一个开关，用户就可以启动整个系统并获得稳定的特定频率参考激光。这种用户友好的设计大大简化了操作过程，适合各种用户群体。5、广泛的应用潜力：由于其精确度和稳定性，这种装置不仅适用于超冷原子的量子系统，还可以在其他需要高精度和稳定性的激光源的领域中发挥作用。综上所述，本发明提供了一种高效、稳定、经济且操作简便的装置，为输出特定的原子光学频率参考激光提供了新的解决方案，展现了其独特的优点和创新之处。附图说明：附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的输出装置、控制装置连接示意图；具体实施方法：以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。本优选实例中，光学模块中的腔体为铷原子腔体，目标激光频率为780nm。按下开关,温度控制器开始工作。当激光器温度达到并稳定在指定温度后，数字信号处理器和电流驱动器开始工作。数字信号处理器同时输出三种信号：设定电压，调制电流和控制电流信号。调制电流使激光频率呈现相同频率的正弦波波动，因此无多普勒效应光谱仪输出的电信号也呈现相同频率的正弦波波动。数字信号处理器解调无多普勒效应光谱仪输出的电信号，可以得到铷原子吸收光谱在该频率的斜率。因为激光频率在780nm时，斜率为0,解调信号天然适合作为误差信号。经过pid运算后，解调信号成为控制电流信号，最终通过电流驱动器稳定激光频率。

技术特征：

1.一种用于输出特定原子光学频率参考激光的独立装置，其特征在于，该装置包括：1、无多普勒效应光谱仪，用于测量分布式反馈激光器输出的激光并生成电信号；2、分布式反馈激光器，接收输入电流并输出对应频率的激光；3、热敏电阻，用于测量激光器的温度并输出电信号；4、热电制冷器，用于调整分布式激光器的温度；5、低噪声电流驱动器，基于libbrecht-hall 设计，用于接收设置电压、电流控制信号和调制电流，并输出相应的电流至分布式激光器；6、基于可编程逻辑阵列的数字信号处理器，用于监控温度控制器状态、生成并输出调制调制、输出设定电压、解调并处理来自无多普勒效应光谱仪的电信号，从而生成并输出电流控制信号。

2.根据任何一个前述权利要求所述的装置，其中数字信号处理器解调无多普勒效应光谱仪输出的电信号，可以得到原子吸收光谱在指定频率的斜率，经过 pid 运算后，解调信号成为控制电流信号，最终通过电流驱动器稳定激光频率。

3.根据任何一个前述权利要求所述的装置，其中操作方法包括：按下开关，温度控制器开始工作。当激光器温度达到并稳定在指定温度后，数字信号处理器和电流驱动器开始工作。数字信号处理器同时输出三种信号：设定电压，调制电流和控制电流信号。调制电流使激光频率呈现相同频率的正弦波波动，因此无多普勒效应光谱仪输出的电信号也呈现相同频率的正弦波波动。数字信号处理器解调无多普勒效应光谱仪输出的电信号，可以得到原子吸收光谱在该频率的斜率。因为激光频率在指定波峰时，斜率为0，解调信号天然适合作为误差信号。经过pid运算后，解调信号成为控制电流信号，最终通过电流驱动器稳定激光频率。

技术总结
本发明提供了一种独立的装置，专为输出特定的原子光学频率参考激光而设计。该装置集成了高精度的光学模块，其中包括无多普勒效应光谱仪和分布式反馈激光器，确保激光输出的准确性和稳定性。实时温度监控和调整通过热敏电阻和热电制冷器实现，为分布式激光器提供了持续的稳定工作环境。低噪声电流驱动器采用Libbrecht‑Hall设计，为激光器提供稳定电流，而基于可编程逻辑阵列的数字信号处理器则负责温度状态监控、信号调制、解调和处理等功能。该装置操作简便，只需按下开关即可获得稳定的特定频率参考激光，旨在为超冷原子的量子系统及其他高精度激光应用领域提供一种创新解决方案。

技术研发人员：段盛华,夏席远
受保护的技术使用者：杭州旷潼量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8